Способ управления преобразователем постоянного напряжения в трехфазное

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ООИАЛИСТИЧЕСНИХ СПУБЛИН(51)4 Н ТЕТ СССРИ ОТНРЫТИИ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КО О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ЕНИЯ САНИЕ И,БУЙ,1 М. ГавриленкоГ. Азаров ювао е А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(56) Авторское свидетельство СССР У 705626, кл. Н 02 М 7/48, 1977.Авторское свидетельство СССР У 838963, кл, Н 02 М 7/48, 1979. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания. Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателеи преобразователя.Способ управления преобразователейзаключается в том, что ключи 1-4 инвертора коммутируют с частотой 6 КГ ,или с частотой 1 ЖГ. Высокочастотное напряжение вторичной обмотки трансформатора демодулируют с помощьюключей переменного тока, причем управление ключами каждой фазы демодулятора осуществляют со сдвигом 21 Г/3относительно управления ключами других фаз. Ключи каждой фазы, связанные с крайними выводами вторичной обмотки трансформатора, коммутируютна высокой частоте синхронно с ключами инвертора в течение 53/6 или в стечение 4 Э/5, а ключ каждой фазы,связанный со средней точкой вторичнойобмотки трансформатора, включают одинраз в полупериод выходного напряжения на время Т 1/6 или Л/5 соответственно. 3 ил, 1 13041Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитаниядля преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное,Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей преобразователя.На фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя и устройства, реализующего способ управления,на фиг, 2 - диаграммы, поясняющиеспособ управления преобразователемпри Гл=6 КЕвых, на фиг. 3 - диаграммы, 151поясняющие способ управления при Г=0 15 КЙ , где Г. - частота инвертора.Устройство (Фиг.1) реализующеепредлагаемый способ, содержит однофазный инвертор, выполненный на управляемых ключах 1-4 и нагруженныйна первичную обмотку трансформатора5. Концы и общий вывод секций 6 и 7вторичной обмотки трансформатора 5соединены через ключи 8-16"переменного тока с фазами А,В,С нагрузки,Блок управления преобразователемсодержит задающий генератор 17, выходкоторого связан с входом счетного30триггера 18. Прямой и инверсный выходы триггера подключены к входамкоммутатора 19, а также через блок20 буферных усилителей к управляющимвходам ключей 1,2 и 3,4 инвертора, 35Кроме того, выход задающего генератора 17 соединен с входом цепи, содержащей делитель 21 частоты, распределитель 22 импульсов, коммутатор 19,блок20. Выходы последнего подключены куправлбющим входам ключей 8-16,1На фиг. 2 и 3 импульсы на выходах.элементов представлены диаграммой23 - для задающего генератора 17, ди- д 5аграммами 24 и 25 - для триггера 18(прямой и инверсный сигналы, которыеявляются управляющими для ключей 1,2и 3,4 соответственно), диаграммой26 - для делителя 21, диаграммой 27 -для трансформатора 5, диаграммами28, 29 и 30, 31, 32 и 33, 34, 35 и36 - для коммутатора 19 и распределителя 22 импульсы управления ключами8,9 и 10, 11,12 и 13, 14,15 и 16,диаграммой 37 - для преобразователя(фазное напряжение П ),Способ управления преобразователемзаключается в том, что ключи 1-4 ин 51 2вертора коммутируют с частотой 6 К 1 или с частотой 15 К Высокочастотное напряжение вторичной обмотки трансформатора демодулирует с помощью ключей переменного тока, причем управление ключами каждой фазы демодулятора осуществляют со сдвигом 2 П/3 относительно управления ключами других Фаз. Ключи каждой фазы связанные с крайними выводами вторичной обмотки трансформатора, коммутируют на высокой частоте синхронно с ключами инвертора в течение 5 У/6 или в течение 4 Ъ/5, а ключ каждой фазы, связанный со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, включают один раз в полупериод выходного напряжения на время 3 /6 или 3 /5 соответственно.Устройство, реализующее способ управления преобразователем, работает следующим образом.Задающий генератор 17 (Фиг,1) формирует последовательность высокочастотных импульсов (диаграммы 23 на фиг,2) частотой 12 К Гили 30 К Г где Е- частота выходного напряжения преобразователя. Эти импульсы поступают на вход триггера 18, прямой и инверсный импульсы 24 и 25 которого частотой 6 К Гили 15 К й,поступают на вход коммутатора 19, усиливаются блоком 20 буферных усилителей и поступают на управ-, ляющие входы ключей 1,2 и 3,4 инвертора. Кроме того, частота задающего генератора 17 делится делителем 21 в К раз и поступает на вход распределителя 22, выходные сигналы которого длительностью 5/6 ини 43/5 управляют работой коммутатора 19. Они разрешают или запрещают прохождение импульсов с прямого и инверсного выходов триггера 18 через коммутатор 19 на входы блока 20. На выходах блока 20 формируются серии импульсов управления ключами 8, 9, 11, 12, 14 и 15 (диаграммы 28,29,31,34 и 35). Импульсы управления ключами 10, 13 и 16 поступают непосредственно с трех выходов распределителя 22 импульсов через блок 20, причем номера выходов этого блока соответствуют номерам ключей, к которым они подключены. В результате работы инвертора на обмотках трансформатора 5 формируются импульсы 27,причем напряжение на вторичной обмотке равно 1, а на секциях 63 13041и 7 равно 0,5 У,Инвертор и трансформатор 5 работают на высокой частоте,кратной выходной. Пусть К=4, тогдаинтервал каждой ступени импульсов 37выходного напряжения можно разделитьна четыре подинтервала, соответствующих полупериоду работы трансформатора 5. При работе преобразователяинтервалы полупериодов деляется наподинтервалы за счет фазового сдвига фаз,. На первом полупериоде инверторапервого подинтервала замыкают ключи8, 12 и 14 (диаграммы 28,32 и 34 нафиг.2). К выходным выводам А,В и С.В 15прикладывается напряжение вторичнойобмотки трансформатора 5, равное У.Выводы С.А замыкаются накоротко через ключи 8 и 14. При этом при соединении нагрузки звездой напряжения 20равны О/3 и 2/3 У.На втором полупериоде инверторав первом подинтервале замыкают ключи9, 11 и 15, при этом меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 5. К выводам А,В и С,Ввновь прикладывается напряжение вторичной обмотки, равное О, а выводыС,А остаются замкнутыми накороткочерез ключи 9 и 15, поэтому величины 30,линейных и фазных напряжений остаются,прежними. В дальнейшем на первом подинтервале работа ключей повторяетсядля нечетных и четных полупериодовинвертора соответственно и формируют ся первая положительная третья отрицательная и первая положительная ступени фазных напряжений Б УПс соответственно,1 40На первом полупериоде инверторавторого подинтервала замыкают ключи8, 12 и 16. К выводам А,В через ключи8 и 12 прикладывается напряжение всейвторичной обмотки, равное Б, а к выводам В,С и С,А - напряжение секций7 и 6, равное 0,5 П. При этом фазныенапряжения становятся равнымиП/2 инулю, т.е. формируются вторая положительная, вторая отрицательная инулевая ступени фазных напряженийБд, П:, Б,. В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогичноописанному в соответствии с диаграммами"23-27 импульсов управления клю 55чами преобразователя. В результатеработы преобразователя на его нагрузке формируется трехступенчатое с нулевым уровнем фазисе напряжение (диа 51 4грамма 37), амплитуды ступеней которого равны О, ц/3, Б/2, 2 Б/3.Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.Регулирование выходной. частоты преобразователя осуществляется изменением коэффициента К деления делителя 21, причем К может принимать только целые значения, а величина К Х =сопзС. Поэтому регулирование Йосуществляется дискретно с шаьгом ьГ = ц"- , а частота переВхключения ключей 1-4 и 8-16 и частота работы трансформатора остаются при этом постоянны и равны бКЙ, илифПри цработы трансформатора 30 кГц коэффициент К=100. Пусть К изменяется на50 единицу, тогда кГ ,= - , -О, 5 ГИ,1что составляет 1 Е Й, . Следовательно, можно считать, что регулирование осуществляется практически плавно.Работа преобразователя при Г15 КГ, отличается частотой работы ключей инвертора и демодулятора,длительностью подключения выходных выводов преобразователя к выходным выво дам вторичной обмотки трансформатора, а также наличием разницы в управлении силовыми ключами при нечетном и четном К. В результате работы преобразователя на нагрузке формируется трехфазное трехступенчатое напряжение (диаграмма 37 на фиг.З), амплитуды нулевой, первой, второй, третьей ступеней которого соответственно равны О, П/3, О/2, 2 Б/3, а их длительности й/5, 2 И,15, 11/5, 27/15.Реализация предлагаемого способа управления преобразователем при 15 КГнесколько сложнее, чем при бКЕ , так как .ля управления преобразователем требуется более сложный распределитель импульсов, однако при этом обеспечивается лучший гармонический состав выходного напряжения. Коэффициенты гармоник выход 5 13041 ного напряжения для первого и второго случаев равны 16,9 и 17,57 соответственно.Использование предлагаемого способа управления преобразователем обес 5 печивает меньшую массу и габариты последнего эа счет значительного увеличения частоты работы трансформатора. Наибольшие преимущества по массо- габаритным показателям получаются при 1 О формировании низкочастотных напряжений. Так, при выходной частоте преобразователя 50 Гц и ниже способ обеспечивает в 5 и более раз меньшие массу и габариты трансформатора. 15Формула изобретенияСпособ управления преобразователем постоянного напряжения в трехфазное, 20 содержащим однофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, каждый конец и средняя точка вторичной обмотки которого подключены к выводам нагрузки в каждой 25 51 6фазе через ключ переменного тока одной из трех групп ключей, заключающийся в том, что на периоде выходной частоты преобразователя ГпереклюВых чают ключи каждой группы с частотой переключения, равной частоте однофазного инвертора, и фазовым сдвигом переключений по отношению к другим фазам, равным 2 Я/3, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей преобразователя, на первом интервале первого полупериода переключают ключипервой и второй групп ключей, начиная с первой группы ключей, а на первом интервале второго полупериода - начиная с второй группы ключей, на втором интервале каждого полупериода замыкают ключи третьей группы, причем длительность первого и второго интервалов выбирают равными 53/6 и 3/6 при частоте однофазного инвертора 6 КЕ , или 43 /5 н У/5 - при частоте однофазного инвертора 15 КГ , где К " 1,2,31304151 2 Ю Составитель В. Мироновктор Е. Копча Техред И.Попович рректор Е.Рошк по делам изобретений и открытф 113035," Москва, Ж, Раушская н Заказ 1322/56 Тираж бб 1 ВНИИПИ Государственного комитета СССР дписн 5 Ужгород, ул. Проектная,о-полиграфическое предприяти Производст